Методы и средства неразрушающего контроля металлопродукции
Содержание:
Неразруша́ющий контро́ль (НК) — контроль надёжности основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведения объекта из работы либо его демонтажа.
Также существует понятие разрушающего контроля (например, краш-тесты автомобилей).
Содержание
Основные методы [ править | править код ]
Основными методами неразрушающего контроля являются [1] [2] :
- магнитный — основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Применяется для выявления дефектов в ферромагнитных металлах (никель, железо, кобальт и ряд сплавов на их основе);
- электрический — основанный на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом или возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия;
- вихретоковый — основанный на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте;
- радиоволновой — основанный на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом;
- тепловой — основанный на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов, вызванных дефектами. Основной параметр в тепловом методе — это распределение температуры по поверхности объекта, так как несет информацию об особенностях процесса теплопередачи, его внутренней структуре, наличии скрытых внутренних дефектов и режиме работы объекта;
- оптический — основанный на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом;
- радиационный — основанный на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. Слово «радиационный» может заменяться словом, обозначающим конкретный вид ионизирующего излучения, например, рентгеновский, нейтронный и т. д.;
- акустический(ультразвуковой) — основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых или возникающих в контролируемом объекте. При использовании упругих волн ультразвукового диапазона (выше 20 кГц) допустимо применение термина «ультразвуковой» вместо термина «акустический»;
- проникающими веществами — основанный на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта. Термин «проникающими веществами» может изменяться на «капиллярный», а при выявлении сквозных дефектов — на «течеискание»;
- виброакустический — основанный на регистрации параметров виброакустического сигнала, возникающего при работе контролируемого объекта.
- визуальный(ВИК) — выявление заусенцев, вмятин, ржавчины, прожогов, наплывов, и других видимых дефектов.
Классификация контроля [ править | править код ]
| Вид контроля | По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом | По первичному информативному параметру | По способу получения первичной информации |
|---|---|---|---|
| Магнитный | Магнитный | ||
| Электрический | |||
| Вихретоковый | |||
| Радиоволновой | |||
| Тепловой | |||
| Оптический | |||
| Радиационный | |||
| Акустический | |||
| Проникающими веществами | Молекулярный | ||
| Виброакустический | Механические колебания — движение точки или механической системы, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин | Статистические параметры колебательного процесса (механических колебаний) | Пьезоэлектрический. Электромагнитно-акустический |
Неразрушающий контроль (англ. Nondestructive testing (NDT) ) также называется оценкой надёжности неразрушающими методами (англ. nondestructive evaluation (NDE) ) или проверкой без разрушения изделия (англ. nondestructive inspection (NDI) ). НК особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, компонентов и конструкций. Для выявления различных изъянов, таких как разъедание, ржавление, растрескивание.
В международной практике приняты сокращенные обозначения видов неразрушающего контроля (AWS), приведенные в таблице:
| № п/п | Вид контроля | Условное обозначение |
|---|---|---|
| 1 | Контроль с применением акустической эмиссии | AET |
| 2 | Электромагнитный контроль | ET |
| 3 | Контроль течеисканием | LT |
| 4 | Магнитопорошковый контроль | MT |
| 5 | Нейтронная дефектоскопия | NRT |
| 6 | Контроль с применением проникающей жидкости | PT |
| 7 | Радиографический контроль | RT |
| 8 | Ультразвуковой контроль | UT |
| 9 | Визуальный контроль | VT |
| 10 | Виброакустический | VA |
Указанные условные обозначения обозначаются на чертежах.
НК в промышленности [ править | править код ]
Целью использования неразрушающего контроля в промышленности является надёжное выявление опасных дефектов. Поэтому выбор конкретных методов НК определяется эффективностью обнаружения такого брака. На практике наибольшее распространение получил ультразвуковой контроль, как обладающий высокой чувствительностью, мобильностью и экологичностью, а также радиационный, успешно выявляющий опасные дефекты и объективно фиксирующий полученные результаты [3] .
В зависимости от ставящихся задач, используют и другие методы контроля. Например, для поиска поверхностных дефектов — капиллярные, а для выявления сквозных — течеискание.
Электрические, магнитоэлектрические, магнитные и вихревые методы позволяют проводить контроль свойств проводящих сред, как правило, на поверхности и в подповерхностном слое. Более полным образом неразрушающий контроль осуществляется совокупностью нескольких методов [3] .
Дефекты материалов классифицируются но следующим признакам.
- • По размерам дефекты подразделяют на макро- и микродефекты. Макродефекты изучают визуально-оптическим методом при увеличении до 50 раз. Микродефекты, так же как и микроструктуру, чаще всего анализируют с помощью оптических микроскопов.
- • По расположению дефекты подразделяются на поверхностные и внутренние. К поверхностным дефектам металлопроката относят продольные и поперечные трещины, пережимы, разрывы, спаи, закаты, складки и т.п. К внутренним дефектам относят пары и газовые пузыри, внутренние расслоения, флокеиы, неметаллические включения и пр.
- • В зависимости от причин возникновения дефекты могут быть литейными (неметаллические включения, поры и газовые пузыри, грубые зоны ликвации), механическими (разрывы, закаты, отпечатки валков, риски), термическими (закалочные трещины, пережог, обезуглероживание), химическими (поры и язвы травления) и т.п.
По отношению к исследуемому материалу методы контроля качества материалов разделяются на разрушающие и неразрушающие.
Разрушающие методы контроля трудоемки и обязательно используются только при выборочном контроле качества материалов.
- • Механические испытания (см. гл. 3).
- • Технологические пробы. К ним относятся испытания, выявляющие способность материала принимать определенные деформации или воздействия, подобные тем, которые материал должен претерпевать при обработке или в условиях дальнейшей эксплуатации (рис. 12.3).
Стандартизованы следующие виды технологических проб: испытание листов и лент на вытяжку сферической лунки (ГОСТ 10510—80); испытание листов и лент на перегиб (ГОСТ 13813—68); испытание листа на двойной кровельный замок (ГОСТ Р 52246—2004); технологические испытания на изгиб (ГОСТ 14019—80); испытания на осадку (ГОСТ 8817—82); испытание на расплющивание (ГОСТ 8818—73); испытание проволоки на навивание (ГОСТ 10447—93); испытание проволоки на перегиб (ГОСТ 1579—93); испытание проволоки на скручивание (ГОСТ 1545—80); испытание труб на загиб (ГОСТ 3728—78); испытание труб
Рис. 12.3. Технологические пробы:
а — на изгиб; 6 — на навивание проволоки; в — на сплющивание труб; г — на загиб труб; д — на бортование труб; 1 — загиб на определенный угол; 2 — загиб до параллельности сторон; 3 — загиб до соприкосновения сторон гидравлическим давлением (ГОСТ 3845—75); испытание труб на бортование (ГОСТ 8693—80); испытание труб на раздачу (ГОСТ 8694—75); испытание труб на сплющивание (ГОСТ 8695—75); испытание труб на раздачу кольца конусом (ГОСТ 11706-78).
Критериями годности в большинстве случаев являются отсутствие на образце после испытания трещин, надрывов, расслоений или количество циклов воздействия на образец до разрушения. Поэтому металлургические факторы, которые повышают вязкость стали, будут способствовать достижению лучших результатов технологических испытаний.
• Контроль структуры осуществляется в рамках ТУ или внутризаводских стандартов в качестве дополнительного средства, обеспечивающего контроль комплекса свойств материала, заданных потребителем.
Как правило, отбраковка по структуре проводится на основе сравнения с существующими в нормах производственного контроля стандартами и техническими условиями, путем сравнения с эталонными шкалами вида поверхности, формы частиц, величины зерна, анизотропии зерна, разнозернисто- сти, неоднородности, кластерное™, строчечности частиц (неметаллических включений, карбидов, графита и т.п.).
Для проведения контроля используются оптические анализаторы изображений (типа «Квантимет», «Эпиквант» и т.п.), которые работают как со шлифом, так и с его изображениями на пленке. Нижняя граница регистрируемых элементов структуры определяется разрешающей способностью оптического микроскопа, которая должна составлять не менее 1 мкм.
• Аттестация изломов. Поверхность разрушения характеризует структурные и металлургические факторы, определяющие вязкость материала. Поэтому требования к строению изломов включены в нормативные документы на металлопродукцию.
Максимальная полнота извлечения информации о разрушении обеспечивается при анализе строения изломов на макроуровне (рис. 12.4), когда измеряемые элементы рельефа сопоставимы с габаритами образца или изделия, и на микроуровне, если измеряются элементарные площадки разрушения (фасетки, ямки). Для визуального наблюдения объемных картин при небольших увеличениях (до х 100) используют бинокулярные лупы и стереомикроскопы. Для анализа микростроения излома обычно используется растровая электронная микроскопия (см. рис. 3.7).
Рис. 12.4. Изломы металлов (X 5):
а — вязкий излом; 6 — и и тс р к р и с та л л и т н ы й хрупкий излом; в — транс- кристаллитный хрупкий излом; г — слоистый излом
Неразрушающие методы контроля основаны на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов о качестве проверяемых объектов при их взаимодействии с физическими полями (электрическим, магнитным, акустическим и др.) и (или) веществами (рис. 12.5), и предназначены:
- • для выявления дефектов нарушения сплошности материала изделий;
- • оценки структуры материала изделий;
- • контроля геометрических параметров изделий;
- • оценки физико-химических свойств материала изделий.
В зависимости от принципа работы контрольных средств
методы неразрушающего контроля подразделяются на акустические, капиллярные, магнитные, оптические, радиационные, радиоволновые, тепловые, методы контроля течеискани- ем, электрические и электромагнитные (методы вихревых токов).
В дефектоскопии для контроля металлов и изделий чаще всего применяют визуально-оптические, капиллярные, магнитные, токовихревые, ультразвуковые и радиационные методы, которые позволяют осуществить сплошной контроль.
В движущихся изделиях или в изделиях, нагретых до высоких температур, дефекты обнаруживаются путем использования бесконтактного контроля. Например, в металРис. 12.5. Принцип метода ультразвукового рассеивания для определения глубины закаленного слоя
лургии работают средства магнитного контроля структуры листа при его скорости до 5 м/с, рентгеновского анализа фазового состава и текстуры движущейся полосы, ультразвуковой дефектоскопии горячего сляба с бесконтактным (индукционным или лазерным) вводом и выводом сигнала.
-
Алевтина Алалыкина 4 лет назад Просмотров:
1 Виды (методы) неразрушающего контроля металлопродукции (обзор) Как отмечалось в Первой информации «Неразрушающий контроль — важнейшая технологическая операция определения качества продукции» в соответствии с ГОСТ различают девять видов НК: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический (ультразвуковой) и проникающими веществами и каждый из них разделяется на методы, количество которых может быть весьма значительным (например, в акустическом контроле ГОСТ выделяет 16 основных методов, в более поздних источниках упомянуты уже до 25 методов). Таким образом, общее число вариантов реализации разных технологий НК весьма и весьма значительно. Если учесть, что все они имеют свою теоретическую базу и гигантский объем экспериментального опробования в лабораторных условиях и на производстве, становится понятно, что НК мощная и весьма востребованная отдельная область науки и техники. Интересно, что, несмотря на сложность и «научность» знаний в этой области, отдельные методы НК известны даже ребенку. Кто не знает, например, метод свободных колебаний именно с его помощью мы проверяем в быту целостность посуды: стукнул по бокалу в магазине карандашом и слушаешь чистоту звука (рисунок 1). Если стекло целое — звук чистый и звонкий, если треснутое дребезжащий и короткий. Рисунок 1- К методу свободных колебаний
2 Не менее известно и применение данного метода на железнодорожном транспорте каждый пассажир, выйдя подышать из поезда на остановке, видел человека в яркой куртке с молотком на длинной ручке, который проходя вдоль состава стучит по элементам вагона. Это тоже простейшее использование метода свободных колебаний простукивание крышки буксы в попытке обнаружения трещин. Или другой бытовой пример (рисунок 2) если при сжатии арбуз трещит (то есть он созрел и при нагружении — лопается внутри), значит — он спелый. Это пример самого востребованного в настоящее время из пассивных методов акустического контроля — метода акустической эмиссии. Рисунок 2 К методу акустической эмиссии А уж иллюстраций методов течеискания (рисунок 3) вокруг нас можно найти множество.
3 Рисунок 3 К методу течеискания Наверное, любой человек делал в медицинских учреждениях рентгеновские снимки своих внутренних органов, а также исследования с коротким названием — УЗИ, а значит, в принципе, имеет представления о радиационном виде НК и акустическом (ультразвуковом) виде НК. Приведем здесь только ряд принципов, положенных в основу нескольких распространенных видов НК. Упомянутый выше метод свободных колебаний (МСК) один из самых древних методов НК по дребезжащему звуку при простукивании гончарных керамических изделий судили об их целостности. В соответствии с ГОСТ МСК это метод акустического контроля, основанный на возбуждении свободных затухающих упругих колебаний в объекте контроля (ОК) или его части и анализе параметров этих колебаний. Обычно данный метод разделяют на интегральный МСК и локальный МСК. В их основу положено измерение частоты собственных колебаний и наличие зависимостей между постоянными упругости материала ОК, физико-механическими свойствами и эксплуатационными характеристиками ОК. На аналогичных измерениях и зависимостях базируются и методы вынужденных колебаний, которые совместно с
4 МСК составляют большую часть акустического вида НК методы собственных колебаний. Если забыть о «возрасте» видов НК, а порассуждать и выявляемых дефектах, то самая простая градация видов НК очевидна: — виды, ориентированные на выявление поверхностных дефектов и — виды, ориентированные на выявление внутренних дефектов. К последним, в первую очередь относятся акустический (ультразвуковой) вид, о котором речь пойдет в отдельной статье, и радиационный. К первым вид, связанный с проникающими веществами, магнитный и вихретоковый виды НК. Широкое применение на практике нашел вид НК проникающими веществами, который базируется на их проникновении в полости дефектов ОК. При выявлении невидимых или слабовидимых глазом поверхностных дефектов заменяется термином «капиллярный контроль», при выявлении сквозных дефектов — термином «течеискание» (ГОСТ 18353). Особой универсальностью отличается капиллярный контроль (ГОСТ 18442), основанный на проникновении внутрь дефекта индикаторной жидкости (пенетранта), хорошо смачивающей материал ОК с последующими анализом и регистрацией индикаторного рисунка. Технология данного вида НК достаточно проста (рисунок 4): сначала пенетрант наносят на поверхность ОК; под действием капиллярных сил он затягивается внутрь поверхностных дефектов даже малого раскрытия. Затем на поверхность ОК наносят проявитель, который за счет диффузии «вытягивает» проникший в полости дефекта пенетрант на поверхность, образуя индикаторный рисунок. Дефект Пенетрант Проявитель а) б) в) г) Рисунок 4 а) очистка поверхности ОК; б) нанесение пенетранта (красный); в) удаление пенетранта с поверхности ОК; г) нанесение проявителя
5 Индикаторные следы в виде линий говорят о выявлении трещины, в виде отдельных точек о выявлении отдельных компактных дефектов, например, пор. Чувствительность и наглядность контроля повышают путем использования цветных и флуоресцирующих пенетрантов. Другим широко используемым методом НК является главный представитель магнитного вида НК магнитопорошковый метод. Его используют в авиации, на железнодорожном транспорте, в химическом машиностроении, при контроле трубопроводов и т.д. Метод основан на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей рассеяния (Н д ), возникающих над дефектами (рисунок 5) в намагниченной детали. Рисунок 5 Магнитные поля при наличии поверхностного дефекта Магнитный контроль в зависимости от физико-химических свойств ОК, его формы и размеров, типа и расположения искомых дефектов, а также мощности намагничивающих устройств с точки зрения воздействия магнитного поля на ОК проводят способом приложенного магнитного поля (СПП) или способом остаточной намагниченности (СОН). Контроль в приложенном поле (рисунок 6) заключается в том, что деталь намагничивают и одновременно контролируют, при СОН ОК вначале намагничивают, затем устраняют намагничивающее поле и только после этого начинают контроль. М Ф Д N Т S Рисунок 6 Проведение магнитного контроля Д-деталь; М-магнит; Ф магнитный поток, Т-трещина
6 Популярность метода определяется высокими производительностью и чувствительностью: при использовании магнитной суспензии со стандартным черным порошком магнитопорошковым контролем (МПК) выявляются микротрещины раскрытием от 0,001мм и глубиной 0,01мм и более. Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля, создаваемого вихретоковым преобразователем (ВТП) с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Впервые, вихревые токи были обнаружены французским ученым Д.Ф. Араго в 1824 г. в медном диске, расположенным на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счет вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя М. Фарадеем с позиции открытого им закона электромагнитной индукции. В качестве ВТП используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или ее сопротивление, получают информацию о свойствах объекта, наличии дефекта и о положении преобразователя относительно него (рисунок 7). Рисунок 7 Общая схема вихретокового вида НК
7 Вихретоковый контроль бесконтактный, так как между катушкой и ОК всегда имеется зазор, достаточный для ее свободного перемещения, что способствует достижению высоких скоростей сканирования и, следовательно, высокой производительности контроля и является весомым достоинством данного вида НК. Приведенный небольшой анализ видов и методов НК абсолютно не претендует на полноту, а служит лишь иллюстрацией разнообразия принципов и вариантов реализации технологий НК. Часть видов и методов, нашедших наиболее широкое применение на практике, Вы сможете изучить на курсах дистанционного обучения, реализуемых в настоящее время МИПКИ и фирмой «ЗОНД».
Отправить ответ